CH10下一代因特網(wǎng)課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第十章下一代因特網(wǎng)2023/7/211第10章下一代因特網(wǎng)10.1下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv6(IPng)

10.1.1解決IP地址耗盡的措施

10.1.2IPv6的基本首部

10.1.3IPv6的擴(kuò)展首部

10.1.4IPv6的地址空間

10.1.5從IPv6向IPv4過渡

10.1.6ICMPv62023/7/212第10章

下一代因特網(wǎng)（續(xù)）10.2多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS10.2.1

MPLS

的產(chǎn)生背景

10.2.2MPLS

的工作原理

10.2.3MPLS首部的位置與格式10.3P2P文件共享

2023/7/21310.1下一代的網(wǎng)際協(xié)議IPv6(IPng)

10.1.1解決IP地址耗盡的措施從計(jì)算機(jī)本身發(fā)展以及從因特網(wǎng)規(guī)模和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率來看，現(xiàn)在IPv4已很不適用。最主要的問題就是32位的IP地址不夠用。要解決IP地址耗盡的問題的措施：采用無類別編址CIDR，使IP地址的分配更加合理。采用網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT方法以節(jié)省全球IP地址。采用具有更大地址空間的新版本的IP協(xié)議IPv6。

2023/7/21410.1.2IPv6的基本首部IPv6仍支持無連接的傳送所引進(jìn)的主要變化如下更大的地址空間。IPv6將地址從IPv4的32位增大到了128位。擴(kuò)展的地址層次結(jié)構(gòu)。靈活的首部格式。改進(jìn)的選項(xiàng)。允許協(xié)議繼續(xù)擴(kuò)充。支持即插即用（即自動配置）支持資源的預(yù)分配。2023/7/215IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的首部IPv6將首部長度變?yōu)楣潭ǖ?0字節(jié)，稱為基本首部(baseheader)。將不必要的功能取消了，首部的字段數(shù)減少到只有8個(gè)。取消了首部的檢驗(yàn)和字段，加快了路由器處理數(shù)據(jù)報(bào)的速度。在基本首部的后面允許有零個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展首部。所有的擴(kuò)展首部和數(shù)據(jù)合起來叫做數(shù)據(jù)報(bào)的有效載荷(payload)或凈負(fù)荷。2023/7/216IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的一般形式基本首部

擴(kuò)展首部1

擴(kuò)展首部N

…數(shù)據(jù)部分選項(xiàng)IPv6數(shù)據(jù)報(bào)有效載荷2023/7/217041631版本位目的

地址源地址下一個(gè)首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）2023/7/218041631版本位目的

地址源地址下一個(gè)首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位t）有效載荷長度跳數(shù)限制24擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)IPv6的基本首部（40B）IPv6的有效載荷（至64KB）有效載荷（擴(kuò)展首部/數(shù)據(jù)）2023/7/219041631版本位目的

地址源地址下一個(gè)首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B版本(version)——4位。它指明了協(xié)議的版本，對IPv6該字段總是6。2023/7/2110041631版本位目的

地址源地址下一個(gè)首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B通信量類(trafficclass)——8位。這是為了區(qū)分不同的IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的類別或優(yōu)先級。目前正在進(jìn)行不同的通信量類性能的實(shí)驗(yàn)。2023/7/2111041631版本位目的

地址源地址下一個(gè)首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B流標(biāo)號(flowlabel)——20位?！傲鳌笔腔ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)上從特定源點(diǎn)到特定終點(diǎn)的一系列數(shù)據(jù)報(bào)，“流”所經(jīng)過的路徑上的路由器都保證指明的服務(wù)質(zhì)量。所有屬于同一個(gè)流的數(shù)據(jù)報(bào)都具有同樣的流標(biāo)號。2023/7/2112041631版本位目的

地址源地址下一個(gè)首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B有效載荷長度(payloadlength)——16位。它指明IPv6數(shù)據(jù)報(bào)除基本首部以外的字節(jié)數(shù)（所有擴(kuò)展首部都算在有效載荷之內(nèi)），其最大值是64KB。2023/7/2113041631版本位目的

地址源地址下一個(gè)首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B下一個(gè)首部(nextheader)——8位。它相當(dāng)于IPv4的協(xié)議字段或可選字段。2023/7/2114041631版本位目的

地址源地址下一個(gè)首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B跳數(shù)限制(hoplimit)——8位。源站在數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)出時(shí)即設(shè)定跳數(shù)限制。路由器在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)將跳數(shù)限制字段中的值減1。當(dāng)跳數(shù)限制的值為零時(shí)，就要將此數(shù)據(jù)報(bào)丟棄。2023/7/2115041631版本位目的

地址源地址下一個(gè)首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B源地址——128位。是數(shù)據(jù)報(bào)的發(fā)送站的IP地址。2023/7/2116041631版本位目的

地址源地址下一個(gè)首部流標(biāo)號12通信量類（128位）（128位）有效載荷長度跳數(shù)限制24IPv6的基本首部40B目的地址——128位。是數(shù)據(jù)報(bào)的接收站的IP地址。2023/7/211710.1.3IPv6的擴(kuò)展首部

1.擴(kuò)展首部及下一個(gè)首部字段

IPv6把原來IPv4首部中選項(xiàng)的功能都放在擴(kuò)展首部中，并將擴(kuò)展首部留給路徑兩端的源站和目的站的主機(jī)來處理。數(shù)據(jù)報(bào)途中經(jīng)過的路由器都不處理這些擴(kuò)展首部（只有一個(gè)首部例外，即逐跳選項(xiàng)擴(kuò)展首部）。這樣就大大提高了路由器的處理效率。2023/7/2118六種擴(kuò)展首部在RFC2460中定義了六種擴(kuò)展首部：逐跳選項(xiàng)路由選擇分片鑒別封裝安全有效載荷目的站選項(xiàng)2023/7/2119有效載荷有效載荷IPv6的擴(kuò)展首部基本首部下一個(gè)首部=TCP/UDP基本首部下一個(gè)首部=路由選擇路由選擇首部下一個(gè)首部=分片分片首部下一個(gè)首部=TCP/UDPTCP/UDP首部和數(shù)據(jù)

(TCP/UDP報(bào)文段）TCP/UDP首部和數(shù)據(jù)

(TCP/UDP報(bào)文段）無擴(kuò)展首部有擴(kuò)展首部2023/7/21202.擴(kuò)展首部舉例IPv6把分片限制為由源站來完成。源站可以采用保證的最小MTU（1280字節(jié)），或者在發(fā)送數(shù)據(jù)前完成路徑最大傳送單元發(fā)現(xiàn)(PathMTUDiscovery)，以確定沿著該路徑到目的站的最小MTU。分片擴(kuò)展首部的格式如下：

0291631位下一個(gè)首部片偏移8標(biāo)識符保留保留M2023/7/2121擴(kuò)展首部舉例IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的有效載荷長度為3000字節(jié)。下層的以太網(wǎng)的最大傳送單元MTU是1500字節(jié)。分成三個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片，兩個(gè)1400字節(jié)長，最后一個(gè)是200字節(jié)長。IPv6基本首部分片首部1第一個(gè)分片1400字節(jié)IPv6基本首部分片首部2第二個(gè)分片1400字節(jié)IPv6基本首部分片首部3第三個(gè)分片200字節(jié)擴(kuò)展首部2023/7/2122用隧道技術(shù)來傳送長數(shù)據(jù)報(bào)當(dāng)路徑途中的路由器需要對數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分片時(shí)，就創(chuàng)建一個(gè)全新的數(shù)據(jù)報(bào)，然后將這個(gè)新的數(shù)據(jù)報(bào)分片，并在各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片中插入擴(kuò)展首部和新的基本首部。路由器將每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片發(fā)送給最終的目的站，而在目的站將收到的各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)片收集起來，組裝成原來的數(shù)據(jù)報(bào)，再從中抽取出數(shù)據(jù)部分。2023/7/212310.1.4IPv6的地址空間

1.地址的類型與地址空間IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的目的地址可以是以下三種基本類型地址之一：(1)單播(unicast)單播就是傳統(tǒng)的點(diǎn)對點(diǎn)通信。(2)多播(multicast)多播是一點(diǎn)對多點(diǎn)的通信。(3)任播(anycast)這是IPv6增加的一種類型。任播的目的站是一組計(jì)算機(jī)，但數(shù)據(jù)報(bào)在交付時(shí)只交付其中的一個(gè)，通常是距離最近的一個(gè)。2023/7/2124結(jié)點(diǎn)與接口IPv6將實(shí)現(xiàn)IPv6的主機(jī)和路由器均稱為結(jié)點(diǎn)。IPv6地址是分配給結(jié)點(diǎn)上面的接口。一個(gè)接口可以有多個(gè)單播地址。一個(gè)結(jié)點(diǎn)接口的單播地址可用來唯一地標(biāo)志該結(jié)點(diǎn)。2023/7/2125冒號十六進(jìn)制記法

(colonhexadecimalnotation)

每個(gè)16位的值用十六進(jìn)制值表示，各值之間用冒號分隔。68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF零壓縮(zerocompression)，即一連串連續(xù)的零可以為一對冒號所取代。FF05:0:0:0:0:0:0:B3可以寫成：FF05::B32023/7/2126點(diǎn)分十進(jìn)制記法的后綴0:0:0:0:0:0:

再使用零壓縮即可得出：::CIDR的斜線表示法仍然可用。60位的前綴12AB00000000CD3可記為：

12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60或12AB::CD30:0:0:0:0/60或12AB:0:0:CD30::/60

2023/7/21272.地址空間的分配IPv6將128位地址空間分為兩大部分。第一部分是可變長度的類型前綴，它定義了地址的目的。第二部分是地址的其余部分，其長度也是可變的。

類型前綴地址的其他部分長度可變長度可變128位2023/7/21283.特殊地址未指明地址這是16字節(jié)的全0地址，可縮寫為兩個(gè)冒號“::”。這個(gè)地址只能為還沒有配置到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的IP地址的主機(jī)當(dāng)作源地址使用。環(huán)回地址即0:0:0:0:0:0:0:1（記為::1）?；贗Pv4的地址前綴為00000000保留一小部分地址作為與IPv4兼容的。本地鏈路單播地址

2023/7/2129前綴為00000000的地址前綴為00000000是保留一小部分地址與IPv4兼容的，這是因?yàn)楸仨氁紤]到在比較長的時(shí)期IPv4和IPv6將會同時(shí)存在，而有的結(jié)點(diǎn)不支持IPv6。因此數(shù)據(jù)報(bào)在這兩類結(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，就必須進(jìn)行地址的轉(zhuǎn)換。0000..................0000FFFFIPv4地址80位16位32位IPv4映射的IPv6地址2023/7/21304.全球單播地址的等級結(jié)構(gòu)IPv6擴(kuò)展了地址的分級概念，使用以下三個(gè)等級：(1)全球路由選擇前綴，占48位。

(2)子網(wǎng)標(biāo)識符，占16位。

(3)接口標(biāo)識符，占64位。第一級第三級接口標(biāo)識符（64位）子網(wǎng)標(biāo)識符（16位）第二級全球路由選擇前綴（48位）位048641272023/7/2131EUI-64IEEE定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的64位全球唯一地址格式EUI-64。EUI-64前三個(gè)字節(jié)（24位）仍為公司標(biāo)識符，但后面的擴(kuò)展標(biāo)識符是五個(gè)字節(jié)（40位）。較為復(fù)雜的是當(dāng)需要將48位的以太網(wǎng)硬件地址轉(zhuǎn)換為IPv6地址。2023/7/21320xFFFE把以太網(wǎng)地址轉(zhuǎn)換為IPv6地址低24位cccccc1gcccccccccccccccc1111111111111110cccccc0gcccccccccccccccc位

082447位

08244063IEEE802地址接口標(biāo)識符低24位I/G位G/L位G/L=12023/7/213310.1.5從IPv4向IPv6過渡向IPv6過渡只能采用逐步演進(jìn)的辦法，同時(shí)，還必須使新安裝的IPv6系統(tǒng)能夠向后兼容。IPv6系統(tǒng)必須能夠接收和轉(zhuǎn)發(fā)IPv4分組，并且能夠?yàn)镮Pv4分組選擇路由。雙協(xié)議棧(dualstack)是指在完全過渡到IPv6之前，使一部分主機(jī)（或路由器）裝有兩個(gè)協(xié)議棧，一個(gè)IPv4和一個(gè)IPv6。2023/7/2134用雙協(xié)議棧進(jìn)行

從IPv4到IPv6的過渡雙協(xié)議棧IPv6/IPv4IPv6IPv6IPv4網(wǎng)絡(luò)ABCDEF流標(biāo)號：X源地址：A目的地址：F……

數(shù)據(jù)部分流標(biāo)號：無源地址：A目的地址：F……

數(shù)據(jù)部分雙協(xié)議棧IPv6/IPv4…IPv6數(shù)據(jù)報(bào)IPv6數(shù)據(jù)報(bào)源地址：A目的地址：F……數(shù)據(jù)部分源地址：A目的地址：F……數(shù)據(jù)部分IPv4數(shù)據(jù)報(bào)2023/7/2135IPv4網(wǎng)絡(luò)IPv6IPv6ABCDEF…IPv4數(shù)據(jù)報(bào)IPv4數(shù)據(jù)報(bào)IPv4網(wǎng)絡(luò)IPv6IPv6ABEF隧道源地址：B目的地址：EIPv6數(shù)據(jù)報(bào)雙協(xié)議棧IPv6/IPv4雙協(xié)議棧IPv6/IPv4雙協(xié)議棧IPv6/IPv4雙協(xié)議棧IPv6/IPv4IPv4網(wǎng)絡(luò)流標(biāo)號：X源地址：A目的地址：F……

數(shù)據(jù)部分IPv6數(shù)據(jù)報(bào)流標(biāo)號：X源地址：A目的地址：F……

數(shù)據(jù)部分IPv6數(shù)據(jù)報(bào)源地址：B目的地址：EIPv6數(shù)據(jù)報(bào)使用隧道技術(shù)從IPv4到IPv6過渡2023/7/213610.1.6ICMPv6ICMPv6的報(bào)文格式和IPv4使用的ICMP的相似，即前4個(gè)字節(jié)的字段名稱都是一樣的。但I(xiàn)CMPv6將第5個(gè)字節(jié)起的后面部分作為報(bào)文主體。ICMPv6的報(bào)文劃分為四大類差錯報(bào)告報(bào)文提供信息的報(bào)文多播聽眾發(fā)現(xiàn)報(bào)文鄰站發(fā)現(xiàn)報(bào)文2023/7/213710.2多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS

(MultiProtocolLabelSwitching)

在20世紀(jì)80年代，出現(xiàn)了一種思路：用面向連接的方式取代IP的無連接分組交換方式，這樣就可以利用更快捷的查找算法，而不必使用最長前綴匹配的方法來查找路由表。這種基本概念就叫做交換(switching)。人們經(jīng)常把這種交換概念與異步傳遞方式ATM(AsynchronousTransferMode)聯(lián)系起來，在傳統(tǒng)的路由器上也可以實(shí)現(xiàn)這種交換10.2.1MPLS的產(chǎn)生背景2023/7/2138標(biāo)號轉(zhuǎn)發(fā)接口

0110213101S1S2S30S1的轉(zhuǎn)發(fā)表01為了實(shí)現(xiàn)交換，可以利用面向連接的概念，使每個(gè)分組攜帶一個(gè)叫做標(biāo)記(label)的小整數(shù)。當(dāng)分組到達(dá)交換機(jī)時(shí)，交換機(jī)讀取分組的標(biāo)記，并用標(biāo)記值來檢索分組轉(zhuǎn)發(fā)表。2023/7/2139MPLS的特點(diǎn)(1)支持面向連接的服務(wù)質(zhì)量。(2)支持流量工程，平衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。(3)有效地支持虛擬專用網(wǎng)VPN。2023/7/214010.2.2MPLS的工作原理

1.基本工作過程

MPLS對打上固定長度“標(biāo)記”的分組用硬件進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，使分組轉(zhuǎn)發(fā)過程中省去了每到達(dá)一個(gè)結(jié)點(diǎn)都要查找路由表的過程，因而分組轉(zhuǎn)發(fā)的速率大大加快。采用硬件技術(shù)對打上標(biāo)記的分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)稱為標(biāo)記交換?！敖粨Q”也表示在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)不再上升到第三層用軟件分析IP首部和查找轉(zhuǎn)發(fā)表，而是根據(jù)第二層的標(biāo)記用硬件進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。2023/7/2141MPLS協(xié)議的基本原理MPLS域普通IP分組LDPLDPLDPMPLS入口結(jié)點(diǎn)打上標(biāo)記去除標(biāo)記MPLS出口結(jié)點(diǎn)標(biāo)記交換標(biāo)記交換標(biāo)記交換ABCD普通路由器標(biāo)記交換路由器LSR打上標(biāo)記的分組2023/7/2142MPLS的基本工作過程(1)MPLS域中的各LSR使用專門的標(biāo)記分配協(xié)議LDP交換報(bào)文，并找出標(biāo)記交換路徑LSP。各LSR根據(jù)這些路徑構(gòu)造出分組轉(zhuǎn)發(fā)表。(2)分組進(jìn)入到MPLS域時(shí)，MPLS入口結(jié)點(diǎn)把分組打上標(biāo)記，并按照轉(zhuǎn)發(fā)表將分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)LSR。(3)以后的所有LSR都按照標(biāo)記進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。每經(jīng)過一個(gè)LSR，要換一個(gè)新的標(biāo)記。(4)當(dāng)分組離開MPLS域時(shí)，MPLS出口結(jié)點(diǎn)把分組的標(biāo)記去除。再以后就按照一般分組的轉(zhuǎn)發(fā)方法進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。2023/7/2143轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類FEC

(ForwardingEquivalenceClass)

“轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類”就是路由器按照同樣方式對待的分組的集合。劃分FEC的方法不受什么限制，這都由網(wǎng)絡(luò)管理員來控制，因此非常靈活。入口結(jié)點(diǎn)并不是給每一個(gè)分組指派一個(gè)不同的標(biāo)記，而是將屬于同樣FEC的分組都指派同樣的標(biāo)記。FEC和標(biāo)記是一一對應(yīng)的關(guān)系。.2023/7/2144虛電路合并

(VCmerging)FEC可以有不同的粒度。細(xì)粒度的例子：為特定源主機(jī)和目的主機(jī)之間的特定應(yīng)用指派的FEC。粗粒度的例子：與特定出口LSR相關(guān)聯(lián)的FEC是。許多應(yīng)用流聚合到出口LSR離開MPLS域，它的根在出口LSR。這種應(yīng)用流的聚合也稱為虛電路合并。這樣做可以大大減少轉(zhuǎn)發(fā)表中的項(xiàng)目數(shù)。2023/7/2145應(yīng)用流聚合到出口LSR入口LSR入口LSR入口LSR入口LSR入口LSR入口LSR出口LSR1335342141S1S2S3S42023/7/2146FEC用于負(fù)載平衡CBAH1EDH2H3H4(a)傳統(tǒng)路由選擇協(xié)議使最短路徑A→B→C過載CBAH1H2H3H4DE(b)利用FEC使通信量分散

2023/7/2147棧底10.2.3MPLS首部的位置與格式MPLS的一個(gè)重要功能就可以構(gòu)成標(biāo)記棧。MPLS標(biāo)記的格式以及標(biāo)記棧：棧頂幀首部MPLS標(biāo)記MPLS標(biāo)記IP首部數(shù)據(jù)部分幀尾部標(biāo)記值生存時(shí)間TTL試驗(yàn)S位20318MPLS標(biāo)記?！璉P數(shù)據(jù)報(bào)以太網(wǎng)幀發(fā)送在前2023/7/2148MPLS標(biāo)記MPLS標(biāo)記一旦產(chǎn)生就壓入到標(biāo)記棧中，而整個(gè)標(biāo)記棧放在數(shù)據(jù)鏈路層首部和IP首部之間。棧是一種后進(jìn)先出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。MPLS協(xié)議規(guī)定，標(biāo)記棧的棧頂（最后進(jìn)入棧的標(biāo)記）最靠近數(shù)據(jù)鏈路層首部，而棧底最靠近IP首部。在最簡單的情況下，標(biāo)記棧中只有一個(gè)標(biāo)記。2023/7/2149MPLS標(biāo)記棧的使用廠區(qū)1廠區(qū)2ABCDMPLS域2MPLS域1ABCD標(biāo)記入棧標(biāo)記入棧標(biāo)記出棧標(biāo)記出棧2023/7/215010.3P2P文件共享自從因特網(wǎng)能夠提供音頻/視頻服務(wù)后，寬帶上網(wǎng)用戶數(shù)也急劇增長。很多用戶使用寬帶接入的目的就是為了更快地下載音頻/視頻